(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理方法であって、
貯蔵場から運ばれた前記化石燃料を前記燃焼装置に供給して燃焼させ、
前記燃焼装置からの煙道に配置された脱硝部において、金属水銀と前記排ガス中に含まれる塩化水素とを反応させて水溶性の２価水銀に酸化させ、
前記煙道の前記脱硝部の下流に配置された脱塵部において、前記脱硝部からの２価水銀を煤塵とともに捕集し、
前記煙道の前記脱塵部の下流に配置された湿式除去部において、前記脱塵部を通過した２価水銀を液相で吸収して捕集すると共に、前記燃焼装置から排出された排ガスに吸収液を接触させて脱硫を行って、この湿式除去部からの使用済吸収液である塩素含有吸収液の水分を減らして塩素濃度を高めた後に、
この塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給して、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くし、
前記燃焼装置から前記湿式除去部に至る煙道に供給される前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液は、前記脱硝部の前記燃焼装置側煙道に供給される
ことを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項２】
前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を化石燃料としての石炭の貯蔵場である貯炭場に吹きかけて供給する請求項１に記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を前記燃焼装置に用いる二次燃焼用空気に混入させて当該燃焼装置に供給する請求項１又は２に記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理装置であって、
前記燃焼装置からの煙道に配置されて金属水銀と前記排ガス中に含まれる塩化水素とを反応させて水溶性の２価水銀に酸化させる脱硝部と、
前記燃焼装置からの煙道に配置されて前記脱硝部からの２価水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、
前記燃焼装置からの煙道に配置されて前記燃焼装置から排出された排ガスに吸収液を接触させて脱硫を行うと共に、前記脱塵部を通過した２価水銀を液相で吸収して捕集する湿式除去部と、
前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、前記湿式除去部から使用済吸収液である塩素含有吸収液を前記化石燃料の貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給する塩素含有吸収液供給部と、
前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給する前記塩素含有吸収液の水分を減らして塩素濃度を高める吸収液濃縮部を備え、
前記塩素含有吸収液供給部は、前記塩素含有吸収液を前記燃焼装置と前記湿式除去部との間に位置する前記脱硝部の前記燃焼装置側煙道に供給する煙道送給管を具備している
ことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
前記塩素含有吸収液供給部は、前記塩素含有吸収液を化石燃料としての石炭の貯蔵場である貯炭場に吹きかけて供給する貯炭場送給管を具備している請求項４に記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記塩素含有吸収液供給部は、前記燃焼装置に二次燃焼用空気を導入する二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を具備している請求項４又は５に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、石炭などの化石燃料をボイラなどの燃焼装置によって燃焼させる際に、この燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去するのに用いられる排ガス処理方法及び排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した化石燃料の燃焼装置、例えば、石炭焚きボイラから排出される石炭の燃焼排ガスには、石炭に起因する水銀が含まれている。この水銀は、難溶性の金属水銀Ｈｇ０と、水溶性の２価水銀Ｈｇ２＋（ＨｇＣｌ２）と、燃焼灰に付着した粒子状水銀ＨｇＰとの三つの形態に分かれて排ガス中に存在する。
この水銀を排ガスから除去する排ガス処理装置としては、例えば、石炭焚きボイラから煙突に至るまでの煙道に、脱硝部、脱塵部及び湿式の脱硫部を順次配置して成るものがある。
【０００３】
排ガス中に含まれる水銀のうちの粒子状水銀ＨｇＰは、その大半がこの排ガス処理装置の電気集じん器やバグフィルタなどの脱塵部で除去され、２価水銀Ｈｇ２＋は、湿式の脱硫部で高効率に除去されるが、排ガス中に含まれる金属水銀Ｈｇ０は、脱塵部や脱硫部でほとんど除去されずに大部分が大気に放出されているのが現状である。
大気中に放出された金属水銀Ｈｇ０は、環境中でより有害な有機水銀（メチル水銀）に変換されるので、この有機水銀が魚貝類などの食用生物に蓄積されて、これが食物連鎖を経て人体内へ入り込むことが懸念されている。
【０００４】
この現状を踏まえて、米国環境保護局では、石炭焚き火力発電所からの水銀排出量を規制することを決定していて、水銀排出量を２０１０年までに現行の３０％削減し、さらに、２０１８年までに現行の７０％削減することを義務付けており、これと同様に、カナダでも石炭焚き火力発電所からの水銀排出量の規制を決定している。
排ガス中に含まれる金属水銀Ｈｇ０は、水銀と同じく石炭に含まれる塩素に起因する塩化水素（ＨＣｌ）によって、反応式（１）に示すように、脱硝触媒や石炭灰や未燃焼分炭素の表面上で酸化される。
【０００５】
Ｈｇ０＋２ＨＣｌ＋１／２Ｏ２    →  ＨｇＣｌ２＋Ｈ２Ｏ            反応式（１）
但し、２価水銀Ｈｇ２＋はＨｇＣｌ２である。                    
脱硝触媒上での水銀酸化効率は、ＨＣｌ濃度が高い程高くなる。つまり、塩化水素濃度が高い程ＨｇＣｌ２の生成割合が増加することとなり、その結果、脱塵部や脱硫部で捕集される水銀の割合も増加する。
【０００６】
従来において、燃焼装置から排出される排ガス中の水銀を除去する技術として、煤塵を除去する電気集じん器やバグフィルタなどの脱塵部の上流に、活性炭などの水銀吸着剤を吹き込み、この吸着剤表面に水銀を吸着させて除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この吸着剤を用いた除去技術では、吸着剤を常時吹き込む必要があるため、ランニングコストが高くつくうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状により効率が変化するといった欠点がある。
【０００７】
この排ガス中のＨＣｌ濃度に関して言えば、元来、石炭中に含まれる塩素の量が、数ppmから数１００ppmと少ないのに加えて、石炭の種類によって含有量に大きなバラツキがあり、これを燃焼排ガス中のＨＣｌ濃度に換算すると、１ppm未満から数１０ppmとなってしまい、このように排ガス中のＨＣｌ濃度が低い場合には、排ガスの性状にもよるが、脱硝触媒や未燃分炭素や灰上での水銀酸化効率が低下し、これに伴って脱塵部及び脱硫部での水銀捕集効率も低下する。
【０００８】
これに対応するべく、石炭焚きボイラからの煙道中にハロゲンを含む物質を注入する方法（例えば、特許文献２参照）や、塩素化合物を石炭とともに燃焼装置に供給して燃焼させた後、電気集じん器などの脱塵部の前で排ガス温度を１５０℃以下に冷却して、脱塵部において水銀の除去を行う方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【特許文献１】米国特許第6521021号
【特許文献２】特開平10-230137号公報
【特許文献３】特開2000-325747号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上記した煙道中にハロゲンを含む物質を注入して水銀を除去する方法や、塩素化合物を石炭とともに燃焼装置に供給して燃焼させて脱塵部において水銀の除去を行う方法では、脱硝触媒や未燃分炭素や灰上での水銀酸化効率を上げるために、排ガス中の塩化水素濃度を高くする必要がある。
つまり、塩素化合物のような薬剤類を新たに添加する必要があり、石炭を燃焼させる場合には、膨大な量を燃焼させるので、それに見合うだけの大量の塩素が必要になって、その分だけコストの上昇を招いてしまうという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたもので、化石燃料、例えば、石炭をボイラなどの燃焼装置によって燃焼させる際に、石炭の種類や燃焼装置から排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高い効率で除去することができ、加えて、より一層の低コスト化を実現することが可能である排ガス処理方法及び排ガス処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る発明は、化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理方法であって、貯蔵場から運ばれた前記化石燃料を前記燃焼装置に供給して燃焼させ、前記燃焼装置からの煙道に配置された脱硝部において、金属水銀と前記排ガス中に含まれる塩化水素とを反応させて水溶性の２価水銀に酸化させ、前記煙道の前記脱硝部の下流に配置された脱塵部において、前記脱硝部からの２価水銀を煤塵とともに捕集し、前記煙道の前記脱塵部の下流に配置された湿式除去部において、前記脱塵部を通過した２価水銀を液相で吸収して捕集すると共に、前記燃焼装置から排出された排ガスに吸収液を接触させて脱硫を行って、この湿式除去部からの使用済吸収液である塩素含有吸収液の水分を減らして塩素濃度を高めた後に、この塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給して、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くし、前記燃焼装置から前記湿式除去部に至る煙道に供給される前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液は、前記脱硝部の前記燃焼装置側煙道に供給される構成としたことを特徴としており、この排ガス処理方法の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１３】
本発明の請求項２に係る排ガス処理方法において、前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を化石燃料としての石炭の貯蔵場である貯炭場に吹きかけて供給する構成としている。
本発明の請求項３に係る排ガス処理方法において、前記塩素濃度を高めた塩素含有吸収液を前記燃焼装置に用いる二次燃焼用空気に混入させて当該燃焼装置に供給する構成としている。
【００１４】
一方、本発明の請求項４に係る発明は、化石燃料を燃焼装置で燃焼させる際に当該燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる水銀を除去する排ガス処理装置であって、前記燃焼装置からの煙道に配置されて金属水銀と前記排ガス中に含まれる塩化水素とを反応させて水溶性の２価水銀に酸化させる脱硝部と、前記燃焼装置からの煙道に配置されて前記脱硝部からの２価水銀を煤塵とともに捕集する脱塵部と、前記燃焼装置からの煙道に配置されて前記燃焼装置から排出された排ガスに吸収液を接触させて脱硫を行うと共に、前記脱塵部を通過した２価水銀を液相で吸収して捕集する湿式除去部と、前記燃焼装置から排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、前記湿式除去部から使用済吸収液である塩素含有吸収液を前記化石燃料の貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給する塩素含有吸収液供給部と、前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給する前記塩素含有吸収液の水分を減らして塩素濃度を高める吸収液濃縮部を備え、前記塩素含有吸収液供給部は、前記塩素含有吸収液を前記燃焼装置と前記湿式除去部との間に位置する前記脱硝部の前記燃焼装置側煙道に供給する煙道送給管を具備している構成としている。
【００１６】
本発明の請求項５に係る発明において、前記塩素含有吸収液供給部は、前記塩素含有吸収液を化石燃料としての石炭の貯蔵場である貯炭場に吹きかけて供給する貯炭場送給管を具備している構成としている。
本発明の請求項６に係る発明において、前記塩素含有吸収液供給部は、前記燃焼装置に二次燃焼用空気を導入する二次燃焼用空気導入路に連通する送給管を具備している構成としている。
【００１７】
本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置において、燃焼装置からの煙道に配置した脱硝部では、その内部の脱硝触媒上や、煙道中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、Ｈｇ０とＨＣｌとを反応させてＨｇＣｌ２に酸化させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項４に係る排ガス処理装置では、上記した構成としているので、燃焼装置から排出される排ガス中の塩化水素の濃度が高くなることで、燃焼装置からの煙道や、例えば、この煙道に配置される脱硝部における水銀酸化効率が上昇して水溶性の２価水銀の生成割合が増加することから、湿式除去部である脱硫部や、通常煙道に配置される脱塵部における水銀捕集量が増加する。
【００１９】
この水銀除去には、吸着剤を用いていないので、その分だけランニングコストを少なく抑え得るうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状によって水銀捕集効率が低下しない。
つまり、石炭の種類や燃焼装置から排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高効率且つ低コストで除去することが可能であり、加えて、前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給する塩素含有吸収液は、湿式除去部で排ガスに吸収液を接触させて脱硫などの除去を行ってできた使用済吸収液であることから、塩素化合物などの添加物を別途揃える必要がない分だけ、より一層の低コスト化を実現することが可能である。
【００２０】
また、本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項４に係る排ガス処理装置では、塩素濃度が高い塩素含有吸収液を前記貯蔵場、前記燃焼装置及びこの燃焼装置から湿式除去部に至る煙道のうちの少なくとも一箇所に供給し得るので、蒸発潜熱分の熱量損失を少なく抑えることができる。
さらに、本発明の請求項１に係る排ガス処理方法及び請求項４に係る排ガス処理装置では、とくに、脱硝触部における水銀酸化効率が上昇するので、水溶性の２価水銀の生成割合をより一層増加させることが可能である。
【００２１】
さらにまた、本発明の請求項２に係る排ガス処理方法及び請求項５に係る排ガス処理装置では、石炭の貯蔵場である貯炭場に塩素含有吸収液を吹きかけるようにしているので、石炭の自然発火を防ぐことができる。
さらにまた、本発明の請求項３に係る排ガス処理方法及び請求項６に係る排ガス処理装置では、二次燃焼用空気とともに塩素含有吸収液を燃焼装置に供給するようにしているので、高温下で一気に気化分解させることができ、その結果、ガス状の塩化水素を効率よく生成させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による排ガス処理装置を示しており、この実施形態では、本発明の排ガス処理方法及び排ガス処理装置を石炭焚きボイラ（燃焼装置）から排出される排ガスの処理に適用した場合を例に挙げて説明する。
図１に示すように、この排ガス処理装置１は、石炭焚きボイラＢから煙突２に至るまでの煙道Ｒに順次配置した脱硝部３、エアヒータ４、脱塵部５、熱交換器６、湿式除去部としての湿式脱硫部７及び熱交換器８を備えており、石炭焚きボイラＢには、貯炭場２０の石炭がミル２１で粉砕されて供給されるようになっている。
【００２３】
湿式脱硫部７は、脱塵部５側から流れる排ガスにスプレー７ａを介して吸収液を吹き付けて、排ガス中の塩素化合物やＳＯＸを除去するようになっており、使用済みの吸収液は、ポンプ７ｂによって循環して利用された後、排水処理部９に送給されるようになっている。
また、この排ガス処理装置１は、貯炭場２０、石炭焚きボイラＢ及びこの石炭焚きボイラＢから湿式脱硫部７に至る煙道Ｒのうちの少なくとも一箇所に対して、排水処理部９を介して湿式脱硫部７の使用済みの吸収液を供給する塩素含有吸収液供給部１０を備えており、これにより、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするようにしている。
【００２４】
この塩素含有吸収液供給部１０は、脱硝部３の石炭焚きボイラＢ側煙道Ｒに使用済みの吸収液を供給する煙道送給管１１と、使用済みの吸収液を貯炭場２０に吹きかけて供給する貯炭場送給管１２と、石炭焚きボイラＢに二次燃焼用空気を導入する二次燃焼用空気導入路Ｂａに連通する送給管１３と、石炭焚きボイラＢに使用済みの吸収液を直接供給する送給管１４を具備しており、これらの送給管１１〜１４は、適宜選択されて少なくとも一つが用いられるようになっている。
【００２５】
この塩素含有吸収液供給部１０は、上記送給管１１〜１４のほか、脱硝部３及び湿式脱硫部７の間の煙道Ｒに使用済みの吸収液を供給する送給管１５〜１８を必要に応じて配置し得る構造をなしている。
この場合、排水処理部９の近傍に、吸収液濃縮部１９を配置しており、排水処理部９を介して湿式脱硫部７から送られる使用済みの吸収液の水分を減らして塩素濃度を高めるようにしている。
【００２６】
この排ガス処理装置１において、煙道Ｒにおける脱硝部３の上流側にアンモニアを添加して、排ガスに含まれるＮＯＸを還元して窒素と水に変換するようにしている。
また、脱硝部３内の脱硝触媒上や、脱硝部３内及び煙道Ｒ中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、金属水銀Ｈｇ０とＨＣｌとを反応させて水溶性の２価水銀Ｈｇ２＋（ＨｇＣｌ２）に酸化させるようにしている。
【００２７】
さらに、湿式脱硫部７において、脱塵部５を通過した２価水銀Ｈｇ２＋（ＨｇＣｌ２）を液相吸収し、汚泥中に取り込んで捕集するようにしている。
この排ガス処理装置１では、貯炭場２０の石炭をミル２１によって粉砕し、これを石炭焚きボイラＢに供給して燃焼を開始させる。そして、石炭焚きボイラＢから排出される排ガスの処理を行う場合には、まず、煙道Ｒにおける脱硝部３の上流側にアンモニアを添加して、排ガスに含まれるＮＯＸを還元して窒素と水に変換する。
【００２８】
上記石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる水銀のうち、金属水銀Ｈｇ０は、脱硝部３内の脱硝触媒上や、脱硝部３内及び煙道Ｒ中に存在する未燃炭素分や灰分の表面などで、ＨＣｌと反応して水溶性の２価水銀Ｈｇ２＋（ＨｇＣｌ２）に変換される。
ここで、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中に含まれる塩化水素濃度を高くするべく、塩素含有吸収液供給部１０によって、湿式脱硫部７から使用済吸収液である塩素含有吸収液を送給管１１〜１４（必要に応じて送給管１５〜１８）のうちの少なくとも一つを介して貯炭場２０や石炭焚きボイラＢや脱硝部３に供給する。
【００２９】
次いで、脱塵部５では、２価水銀Ｈｇ２＋を煤塵とともに捕集し、湿式脱硫部７では、上記脱塵部５を通過した２価水銀Ｈｇ２＋（ＨｇＣｌ２）を液相で吸収して汚泥中に取り込んで捕集し、この後、水銀を含んだ汚泥を産業廃棄物として廃棄処理するようにしている。
上記したように、この実施形態の排ガス処理方法及び排ガス処理装置１では、石炭を石炭焚きボイラＢによって燃焼させる際に、石炭焚きボイラＢから排出される排ガス中の塩化水素の濃度が高くなることで、石炭焚きボイラＢからの煙道Ｒに配置される脱硝部３などにおける水銀酸化効率が上昇して水溶性の２価水銀の生成割合が増加することから、石炭焚きボイラＢからの煙道Ｒに配置される脱塵部５や湿式脱硫部７における水銀捕集量が増加する。
【００３０】
そして、この水銀除去には、吸着剤を用いていないので、その分だけランニングコストを少なく抑え得るうえ、排ガス中のＨＣｌ濃度などのガス性状によって水銀捕集効率が低下しない。
つまり、石炭の種類や石炭焚きボイラＢから排出される排ガスの性状にかかわりなく、水銀を高効率且つ低コストで除去することが可能であり、加えて、貯炭場２０、石炭焚きボイラＢ及びこの石炭焚きボイラＢから湿式脱硫部７に至る煙道Ｒのうちの少なくとも一箇所に供給する塩素含有吸収液は、湿式脱硫部７で排ガスに吸収液を接触させて脱硫などの除去を行ってできた使用済吸収液であることから、塩素化合物などの添加物を別途揃える必要がない分だけ、より一層の低コスト化を実現することが可能である。
【００３１】
また、上記した排ガス処理装置１では、排水処理部９の近傍に吸収液濃縮部１９を配置することで、排水処理部９を介して湿式脱硫部７から送られる使用済みの吸収液の水分を減らして塩素濃度を高めるようにしているので、蒸発潜熱分の熱量損失を少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による排ガス処理装置を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  排ガス処理装置
３  脱硝部
７  湿式脱硫部（湿式除去部）
１０  塩素含有吸収液供給部
１１〜１８  送給管
１９  吸収液濃縮部
２０  貯炭場（貯蔵場）
Ｂ  石炭焚きボイラ（燃焼装置）
Ｂａ  二次燃焼用空気導入路
Ｒ  煙道
【図１】
0005299600.tif 000002